并联机构相较于串联机构具有高刚度、大负载能力、敏捷性等优势而被视为机构学研究热点,但传统并联机构工作空间小,且其内部存在奇异,严重制约了并联机构的优点发挥。为解决此问题,本文将结构冗余引入并联机构设计中,以便规避机构的奇异位形、扩展机构的工作空间,并提高其机构性能。在此背景下,本文以一种平面三自由度结构冗余并联机构为载体,研究冗余结构对并联机构工作空间尺寸、奇异位形规避和性能优化的影响。首先,分析了机构的结构构成,依据其结构特点借助闭环矢量分析法建立了该机构的运动学反解模型。通过对比仿真与理论模型的驱动数值,确定了与机构初始安装位形唯一对应的反解公式。然后,基于建立的整机雅克比矩阵、奇异发生条件及反解约束条件,绘制了该机构的工作空间-奇异图谱。借助图谱提出“过渡层—通道方法”,制定了三类典型任务,以证明结构冗余可以赋予并联机构扩展工作空间及规避奇异的能力。同时,以可操作度、最小奇异值、各项同性及灵巧度为机构运动性能评价指标,分析该机构各项运动性能的分布特点,证实结构冗余对机构运动学性能有调节作用。其次,借助虚功原理建立了考虑结构冗余闭环支链特点的机构静力学、动力学理论模型,为力学模型设定动平台施加变载荷与定载荷的数值任务,将理论与仿真结果作对比,证明了搭建力学模型的正确性。在静力学分析时以驱动受力/力矩为指标,将传统3-RRR平面并联机构作为对比项,证明了结构冗余设计可提升机构静力学性能。在动力学分析时,首先提出面向任务轨迹的结构冗余值筛选算法、评价安全工作区域的指标,由此绘制出安全工作区域图谱,求得满足指标要求的结构冗余值范围,并进一步以驱动总功耗和峰值功耗为动力学性能评价指标,结合传统3-RRR平面并联机构的相关动力学性能,优化出改善机构动力学性能的最优结构冗余值,证明结构冗余有益于机构动力学性能的改善。再次,以工作空间最大化为优化目标,采用单目标单变量及单目标多变量离散优化法,借助机构实际加工条件等约束条件,优选出符合设定要求及优化目标的最优结构参数组。最后,对机构给定任务路径后的驱动动作策略制定进行了研究;通过实物样机制作,验证了机构运动能力及性能特点。